阅读说明：本技术 一种用于自旋回波小角中子散射谱仪的中子极化方向翻转装置 (Neutron polarization direction turning device for spin echo small-angle neutron scattering spectrometer ) 是由 吴瞻宇 屠小青 孙光爱 黄朝强 王燕 庞蓓蓓 王宗悦 王云 潘建 于 2020-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种用于自旋回波小角中子散射谱仪的中子极化方向翻转装置,该装置包括线圈、灌封胶、磁屏蔽罩、翻转器骨架、出线盒、压线绝缘条。所述装置中的线圈选择阳极氧化处理后的扁形纯铝线,且在两个骨架的相对面处采用适应中子束流尺寸的绕制方式,提高了磁场均匀度及中子透过率。该装置可灵活地调节中子极化方向的翻转程度。装置能满足中子极化方向的翻转要求,有效地提高谱仪的探测精度及效率。本发明配合进动磁场生成装置,可用于表征高分子聚合物、流体、溶胶、合金、生物大分子等材料内部的如空洞、缺陷、磁结构等纳米至微米尺度的亚微观结构信息,对材料特性的基础研究等方面起到指导性作用。(The invention provides a neutron polarization direction overturning device for a spin echo small-angle neutron scattering spectrometer. The flat pure aluminum wire after anodic oxidation treatment is selected for the coil in the device, and a winding mode adapting to the size of the neutron beam is adopted at the opposite surfaces of the two frameworks, so that the uniformity of a magnetic field and the neutron transmittance are improved. The device can flexibly adjust the turnover degree of the neutron polarization direction. The device can satisfy the upset requirement of neutron polarization direction, improves the detection precision and the efficiency of spectrometer effectively. The invention is matched with a precession magnetic field generating device, can be used for representing the nano-to-micron-scale submicroscopic structure information such as holes, defects, magnetic structures and the like in materials such as high molecular polymers, fluids, sols, alloys, biological macromolecules and the like, and plays a guiding role in the aspects of basic research on material characteristics and the like.)

一种用于自旋回波小角中子散射谱仪的中子极化方向翻转 装置

技术领域

本发明涉及小角中子散射技术领域，具体涉及一种用于自旋回波小角中子散射谱仪的中子极化方向翻转装置。

背景技术

用于自旋回波小角中子散射谱仪的翻转中子极化方向的磁场生成装置配合进动磁场生成装置，可用于表征高分子聚合物、流体、溶胶、合金、生物大分子等材料内部的如空洞、缺陷、磁结构等纳米至微米尺度的亚微观结构信息，对材料特性的基础研究等方面起到指导性作用。自旋回波小角中子散射谱仪利用两组翻转中子极化方向的磁场生成装置，通过磁场的突变开启或终止中子的进动，并通过翻转中子极化方向，解析出样品的结构信息。而现有的翻转装置磁场均匀度较差，中子透过率较低，干扰磁场较大，不能满足中子极化方向的翻转要求，从而直接降低了谱仪的探测精度及效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于自旋回波小角中子散射谱仪的中子极化方向翻转装置。

本发明具体采用如下技术方案：

一种用于自旋回波小角中子散射谱仪的中子极化方向翻转装置，其特征在于，所述装置包括线圈、灌封胶、磁屏蔽罩、翻转器骨架、出线盒、压线绝缘条；其连接关系是：所述的灌封胶紧密涂覆于线圈的外周，所述的磁屏蔽罩包覆于线圈中段，所述的出线盒固定在压线绝缘条上，压线绝缘条的数量与出线盒一致，固定在翻转器骨架上；其中，所述的翻转器骨架包括中子入射向骨架、中子出射向骨架、定距板、连接角件；所述的中子入射向骨架具有V型开口，同时开口边缘处略高于骨架平面从而起到固定线圈的作用；所述的中子出射向骨架和中子入射向骨架结构相同，二者V型开口反向翻转90°放置，两个骨架相对面处留有稍大于中子束斑大小的通道，该通道用以中子束流通过；且所述的中子入射向骨架和中子出射向骨架通过位于翻转器骨架中段的连接角件固定连接；

所述的线圈采用扁导线绕制，所述的线圈紧贴于中子入射向骨架和中子出射向骨架沿V形开口方向绕制，为极化中子改变自旋方向提供过渡磁场，且在中子入射向骨架和中子出射向骨架的相对面处采用适应中子束流尺寸的绕制方式；所述的压线绝缘条固定在中子入射向骨架未绕制线圈的一侧或中子出射向骨架未绕制线圈的一侧，远离中子束流中心。

进一步，所述的定距板一共四个，两个为一组，一组定距板对称地固定于中子入射向骨架并相对中子出射向骨架一面的两侧、且垂直于中子入射向骨架上线圈的绕制方向放置，另一组定距板对称地固定于中子出射向骨架并相对中子入射向骨架一面的两侧、且垂直于中子出射向骨架上线圈的绕制方向放置。

进一步，所述的定距板上等间距排列若干等宽度线槽；

进一步，所述的定距板、连接角件的材料均选取为无磁材料，所述的灌封胶选择高导热率绝缘胶。

进一步，所述的压线绝缘条与出线盒的接触面、出线盒体与出线盒盖的接触面进行密封胶接处理，如：通过涂抹704硅胶进行密封连接。

进一步，所述的出线盒包括出线盒盖、出线盒体、绝缘板、电缆固定头、接线柱，其中，出线盒体与出线盒盖构成出线盒外壳，电缆固定头固定在出线盒体上，绝缘板固定在出线盒体与接线柱之间，线圈的引出线从电缆固定头引出。

进一步，所述的线圈选取为纯铝线，并采用阳极氧化处理。

进一步，所述的中子入射向骨架和中子出射向骨架的相对处面处绕制的线圈不灌胶。

进一步，所述的中子入射向骨架和中子出射向骨架的材料均选取为无磁材料，表面涂覆防锈底漆并采用阳极氧化处理。

进一步，所述的磁屏蔽罩选择磁导率>10000H/M的高磁导率材料。

本发明的有益效果在于：本发明的一种用于自旋回波小角中子散射谱仪的中子极化方向翻转装置，具有结构简单、性能可靠的特点。本装置通过产生突变磁场，用于开启或终止中子的进动，并通过翻转中子极化方向，解析出样品的结构信息。装置中的线圈选择阳极氧化处理后的扁形纯铝线、且在两个骨架的相对面处采用适应中子束流尺寸的绕制方式，提高了中子束流截面的磁场均匀度，及中子透过率。装置采用磁屏蔽罩包覆于线圈的结构，能够有效地屏蔽外界磁场的干扰。装置中无需加载电流的主要部件均选择无磁材料，可有效避免部件磁化后生成干扰磁场对极化中子造成影响。装置的中子入射向骨架和中子出射向骨架为两个单独的部件，可通过改变其中一个骨架的放置方向灵活地调节中子极化方向的翻转程度。本发明装置能够满足自旋回波小角中子散射谱仪的中子极化方向的翻转要求，可根据反应堆的实际情况适用于各种尺寸的中子束斑，有效地提高谱仪的探测精度及效率。

本发明适用于高分子聚合物、流体、溶胶、合金、生物大分子等材料，能够满足材料内部的如空洞、缺陷、磁结构等纳米至微米尺度的亚微观结构信息的表征需求，对材料特性的基础研究等方面起到指导性作用，在生命科学、能源、环境等领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的用于自旋回波小角中子散射谱仪的中子极化方向翻转装置的结构示意图；

图2为本发明的用于自旋回波小角中子散射谱仪的中子极化方向翻转装置的后视图；

图3为本发明的用于自旋回波小角中子散射谱仪的中子极化方向翻转装置的翻转器骨架的结构示意图；

图4为本发明的用于自旋回波小角中子散射谱仪的中子极化方向翻转装置的中子入射向骨架的右视图；

图5为本发明的用于自旋回波小角中子散射谱仪的中子极化方向翻转装置的出线盒的结构示意图；

图6为本发明的用于自旋回波小角中子散射谱仪的中子极化方向翻转装置的中子入射向骨架上绕制的线圈的示意图；

图中，1.线圈 2.灌封胶 3.磁屏蔽罩 4.翻转器骨架 5.出线盒 6.压线绝缘条 7.中子入射向骨架 8.中子出射向骨架 9.定距板 10.连接角件 11.出线盒盖 12.出线盒体 13.绝缘板 14.电缆固定头 15.接线柱 16.卡槽。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细阐述。

如图1-6所示，本发明用于自旋回波小角中子散射谱仪的中子极化方向翻转装置，包括线圈1、灌封胶2、磁屏蔽罩3、翻转器骨架4、出线盒5、压线绝缘条6；其连接关系是：所述的灌封胶2紧密涂覆于线圈1的外周，所述的磁屏蔽罩3包覆于线圈1中段，所述的出线盒5固定在压线绝缘条6上，压线绝缘条6的数量与出线盒5数量一致，固定在翻转器骨架4上；其中，如图3所示，所述的翻转器骨架4包括中子入射向骨架7、中子出射向骨架8、定距板9、连接角件10；所述的中子入射向骨架7具有V型开口，该开口用以减轻骨架重量，同时开口边缘处略高于骨架平面从而起到固定线圈的作用；所述的中子出射向骨架8和中子入射向骨架7结构相同，二者V型开口反向翻转90°放置，相对面处留有稍大于中子束斑大小的通道，该通道用以中子束流通过；且所述的中子入射向骨架7和中子出射向骨架8通过位于翻转器骨架4中段的连接角件10固定连接；

所述的线圈1采用扁导线绕制，以减小绕制过程中线圈的缝隙从而提高磁场均匀度。所述的线圈1紧贴于中子入射向骨架7和中子出射向骨架8沿V形开口方向绕制，为极化中子改变自旋方向提供过渡磁场，且在中子入射向骨架7和中子出射向骨架8的相对面处采用适应中子束流尺寸的绕制方式，从而提高中子束流截面的磁场均匀度；所述的压线绝缘条6固定在中子入射向骨架7未绕制线圈1的一侧或中子出射向骨架8未绕制线圈1的一侧，远离中子束流中心。

用于自旋回波小角中子散射谱仪的中子极化方向翻转装置，可用于开启或终止中子的进动，并通过翻转中子极化方向，从而解析出样品的结构信息。所述装置中的线圈选择阳极氧化处理后的扁形纯铝线，且在两个骨架的相对面处采用适应中子束流尺寸的绕制方式，提高了中子束流截面的磁场均匀度及中子透过率。装置采用磁屏蔽罩包覆于线圈的结构，能够有效地屏蔽外界磁场的干扰。装置中无需加载电流的主要部件均选择无磁材料，可有效避免部件磁化后生成干扰磁场对极化中子造成影响。装置的中子入射向骨架和中子出射向骨架为两个单独的部件，可通过改变其中一个骨架的放置方向灵活地调节中子极化方向的翻转程度。本发明装置能够满足自旋回波小角中子散射谱仪的中子极化方向的翻转要求，可根据反应堆的实际情况适用于各种尺寸的中子束斑，有效地提高谱仪的探测精度及效率。本发明配合进动磁场生成装置，可用于表征高分子聚合物、流体、溶胶、合金、生物大分子等材料内部的如空洞、缺陷、磁结构等纳米至微米尺度的亚微观结构信息，对材料特性的基础研究等方面起到指导性作用。

进一步，所述的定距板9一共四个，两个为一组，一组定距板9对称地固定于中子入射向骨架7并相对中子出射向骨架8一面的两侧、且垂直于中子入射向骨架7上线圈1的绕制方向放置，另一组定距板9对称地固定于中子出射向骨架8并相对中子入射向骨架7一面的两侧、且垂直于中子出射向骨架8上线圈1的绕制方向放置，从而起到固定线圈的作用。

进一步，所述的定距板9上等间距排列若干等宽度线槽；

进一步，所述的定距板9、连接角件10的材料均选取为无磁材料，以有效避免部件磁化后生成干扰磁场对极化中子造成影响。所述的灌封胶2选择高导热率绝缘胶。

进一步，所述的压线绝缘条6与出线盒5的接触面、出线盒体12与出线盒盖11的接触面进行密封胶接处理，如：通过涂抹704硅胶。

进一步，所述的出线盒5包括出线盒盖11、出线盒体12、绝缘板13、电缆固定头14、接线柱15，其中，出线盒体12与出线盒盖11构成出线盒5外壳，电缆固定头14固定在出线盒体12上，绝缘板13固定在出线盒体12与接线柱15之间，线圈1的引出线从电缆固定头14引出。

进一步，所述的线圈1选取为高导热率、高电导率、中子高透过率的纯铝线，并采用阳极氧化处理。

进一步，所述的中子入射向骨架7和中子出射向骨架8的相对处面处绕制的线圈1不灌胶。该不灌胶和阳极氧化处理均是为了提高中子透过率，因为中子束流会经过相对面处绕制的线圈.

进一步，所述的中子入射向骨架7和中子出射向骨架8的材料均选取为无磁材料，表面涂覆防锈底漆并采用本色阳极氧化处理。

所述的压线绝缘条6选择高绝缘材料，两侧涂抹绝缘胶，如：AB胶，嵌入骨架上的卡槽16中，与骨架平齐。所述的出线盒体12与出线盒盖11采用无磁材料，表面采用本色阳极氧化处理。所述的接线柱15采用高电导率铜。所述的电缆固定头14选择不锈钢材料。

进一步，所述的磁屏蔽罩3选择磁导率>10000H/M的高磁导率材料。

实施例1

本实施例中，所述的压线绝缘条6共两根，分别固定在中子入射向骨架7未绕制线圈1的一侧和中子出射向骨架8未绕制线圈1的一侧，远离中子束流中心，压线绝缘条6两侧涂抹AB胶,嵌入骨架上的卡槽16中，与骨架平齐；所述的出线盒5共两个，分别固定在两根压线绝缘条6上，压线绝缘条6与出线盒5的接触面、出线盒体12与出线盒盖11的接触面涂抹704硅胶密封处理。所述的定距板9共四个，两个为一组，一组定距板9对称地固定于中子入射向骨架7相对中子出射向骨架8一面的两侧、垂直于中子入射向骨架7上线圈1的绕制方向放置，一组定距板9对称地固定于中子出射向骨架8相对中子入射向骨架7一面的两侧、垂直于中子出射向骨架8上线圈1的绕制方向放置。

本实施例1中，中子入射向骨架和中子出射向骨架采用铝合金，外形尺寸均为330mm(长)×330mm(宽)×330mm(高)，骨架的V型开口需绕线处的宽度均为10mm，中子入射向骨架和中子出射向骨架在绕制线圈后，二者的相对面处紧贴放置；线圈采用截面面积为1mm²的导线，中子入射向骨架及中子出射向骨架上分别绕制的线圈匝数均为300匝，单个骨架上绕制的线圈尺寸为300mm(长)×300mm(宽)×300mm(高)，骨架V型开口处的线圈绕线宽度为5mm,加载电流均为2A；磁屏蔽罩采用软铁，外形尺寸为350mm×350mm×350mm，厚度为3mm。经过上述实施后，本发明可在中子入射向骨架和中子出射向骨架相对面的中心区域(12cm(长)×2cm(宽)×6cm(高))处产生＞16Gs的磁场，积分均匀度为3.95×10^-6T·m，极化中子通过本装置后，其极化方向翻转90°。

实施例2

本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是中子入射向骨架和中子出射向骨架外形尺寸均为330mm(长)×330mm(宽)×380mm(高)，骨架的V型开口需绕线处的宽度均为10mm，单个骨架上绕制的线圈尺寸为300mm(长)×300mm(宽)×350mm(高)，骨架V型开口处的线圈绕线宽度为5mm,磁屏蔽罩外形尺寸为350mm×350mm×400mm。经过上述实施后，本发明可在中子入射向骨架和中子出射向骨架相对面的中心区域(12cm(长)×2cm(宽)×6cm(高))处产生＞10Gs的磁场，积分均匀度为2.30×10^-6T·m，极化中子通过本装置后，其极化方向翻转90°。